(57)【要約】【課題】  広い波長域かつさまざまな入射角において、光の利用効率が高く、かつ偏光依存性が小さい偏光制御膜付き回折格子を提供し、かつそれを適切な条件で用いた回折光学装置を提供する【解決手段】  本発明の偏光制御膜付き回折格子は、平板状基板の表面に平行な溝を等間隔で配列し、かつその表面に反射層を備えた反射型回折格子である。その溝側面は基板表面に対して傾斜した少なくとも２つの平面部分を有し、その一方の平面部分１４に所定波長λに対して透明で屈折率がｎである偏光制御膜５０を設け、その平均膜厚を０．８λ／４ｎから１．１λ／４ｎの範囲とする。またこの他の部分の溝側面における同膜の平均膜厚を０．１λ／４ｎ以下とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状基板の表面に１ｍｍ当たりＮ本の平行な溝が等間隔で配列され、該溝の側面は前記基板表面に対して傾斜した少なくとも２つの平面部分を有し、該溝が設けられた前記基板の表面に反射層を備える反射型回折格子において、
前記各溝の側面の互いに平行な一方の平面部分に所定波長λに対して透明で屈折率がｎである偏光制御膜を、平均膜厚が０．８λ／４ｎから１．１λ／４ｎの範囲になるように設け、前記以外の部分の溝側面における同膜の平均膜厚が０．１λ／４ｎ以下であることを特徴とする偏光制御膜付き回折格子。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光制御膜付き回折格子と、該回折格子の偏光制御膜を備える溝側面に平行光束を入射させる光学手段と、前記回折格子による１次回折光の光束を受光する光学手段とを少なくとも備える回折光学装置において、
前記回折格子に入射する前記平行光束に垂直に交わる任意の平面から０次回折光の光束に垂直に交わる任意の平面に至る前記光束中の光線の光路長のうち、最長の光路長と最短の光路長との差が、０．８２５λから１．１７５λの範囲にあることを特徴とする回折光学装置。
【請求項３】
前記回折格子に入射する平行光束の前記基板表面に対する入射角をα（°）とし、前記平行光束が入射する前記回折格子の溝側面の前記基板表面に対する傾斜角をθ（°）とするとき、
α≦９０−θ
の関係が成り立つように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の回折光学装置。
【請求項４】
前記回折格子の溝側面をなす２つの平面の交わる角度がθ’（°）であるとき、
θ’≦９０＋α−θ
の関係が成り立つように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の回折光学装置。
【請求項５】
前記０次回折光の光束が前記偏光制御膜から出射する際、該光束のすべてが前記偏光制御膜の溝側面に平行な表面でない側面から出射することを特徴とする請求項２に記載の回折光学装置。
【請求項６】
前記回折格子における０、＋１以外の回折次数ｍに対して
｜Ｎｍλ−sinα｜≧１
の条件が成り立つことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の回折光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野、分析光学分野などで使用される回折光学素子および装置に関し、とくに反射型回折格子の光の利用効率の偏光特性制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
光の回折効果を利用した回折光学素子は、分析機器の分光素子や光通信分野における合分波素子として幅広く応用されている。典型的な回折光学素子としては基板上に等間隔で多数の平行な溝を配列した回折格子があげられる。
【０００３】
回折格子の光の利用効率、すなわち回折効率は、光の波長と単位長さ当たりの溝本数の関係に大きく依存し、さらには光の偏光状態、入射角、溝の形状などによっても影響を受けることが知られている。
【０００４】
特に回折格子の溝ピッチ（溝間隔）と入射波長がほぼ等しいような使用条件下では、回折効率は入射光の偏光状態に強く依存して変化する。この偏光状態は、回折格子の溝に平行な方向に電界振幅をもつ状態をＴＥ偏光、溝に垂直な方向に電解振幅をもつ状態をＴＭ偏光とよび、一般に波長と溝ピッチがほぼ等しい条件下ではＴＥ偏光の回折効率が著しく低下することが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
このような問題点を回避し、入射光の波長や偏光状態に依存せず比較的安定な光の利用効率を得るには、波長に比して溝ピッチが広い回折格子を使用すればよい。しかし波長変化に対する回折角の変化である角分散の値は、溝ピッチの逆数、すなわち単位長さあたりの溝本数に比例するため、溝ピッチの広い回折格子では角分散が小さくなるという欠点がある。
【０００６】
回折格子の角分散は波長分解能に大きな影響を与えることから、大きな角分散を有する回折格子が望まれる。また最近では光学機器への小型化要求に応えるため溝本数が多く角分散の大きい回折格子で光学系の省スペース化を図る設計が増えている。
さらに使用される波長範囲も広くなっているため、広波長域で偏光依存が小さく、かつ光の利用効率が高い回折格子が求められている。
【０００７】
これらの問題に対して従来、回折光学素子に関しては次のような技術がある。低い光の利用効率に対しては、例えば特許文献１に開示されているように溝の形状を最適化する試みがなされている。また、溝の上に屈折率ｎの透明体材を設け、入射波長λをλ／ｎと透過にすることで回折効率の高い波長で回折させる手法も提案されている（特許文献２、参照）。さらにこの技術を特許文献３に開示されるように広い波長範囲に適用したものもある。
【０００８】
また回折光学素子それ自体によるのではなく、回折光学素子の偏光依存性をフィルタなど別の光学部品との組み合わせによって補償する手法も一般によく用いられる。
【特許文献１】特開２００２−２２４８８９号公報
【特許文献１】特開昭６２−６１００２号公報
【特許文献１】特開平６−３１７７０５号公報
【非特許文献１】ロジェ・プチ（Roger Petit）編、「回折格子の電磁理論（Electromagnetic Theory of Gratings）」、（米国）、シュプリンガー・フェアラグ（Springer-Verlag）、1980年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、形状を最適化することや透明体材の屈折率で見かけ上の波長を調節することだけでは回折格子の光利用効率の改善は不十分であり、偏光依存性も十分に小さくすることはできなかった。
【００１０】
また、上記特許文献３に示されるように、使用波長帯を広くするために素子の両面を使用する構成では光学系の自由度が低く取り扱いも難しかった。
【００１１】
さらに、偏光依存性をフィルタなどの部品を追加して補償する方法では、光の損失が大きくなり、利用効率が小さくなってしまう問題や、部品点数が増えることにより組立が煩雑になる問題がある。
【００１２】
本発明はこれらの課題を解決するためになされたもので、広い波長域かつさまざまな入射角において、回折格子の溝本数によらず、光の利用効率を高くし、かつ特性の偏光依存を小さくするために必要な偏光制御膜付き回折格子を提供し、かつそれを適切な条件で用いた回折光学装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の偏光制御膜付き回折格子は、平板状基板の表面に１ｍｍ当たりＮ本の平行な溝を等間隔で配列した構造を基礎とし、その溝側面は基板表面に対して傾斜した少なくとも２つの平面部分を有している。そしてその表面に反射層を備えた反射型回折格子である。このような回折格子の各溝側面のうち、一方の互いに平行な平面部分に所定波長λに対して透明で屈折率がｎである偏光制御膜を設け、その平均膜厚を０．８λ／４ｎから１．１λ／４ｎの範囲とする。またこの他の部分の溝側面における同膜の平均膜厚を０．１λ／４ｎ以下とする。
【００１４】
この構成の偏光制御膜付き回折格子を適切な条件で使用することにより、偏光依存性の小さい回折光学装置を提供することができる。
【００１５】
本発明の回折光学装置は、上記の偏光制御膜付き回折格子と、この回折格子の偏光制御膜を備えた溝側面に平行光束を入射させる光学手段と、この回折格子による１次回折光の光束を受光する光学手段とを少なくとも備える。そして回折格子の１つの溝側面に入射する平行光束に垂直に交わる任意の平面から０次回折光の光束に垂直に交わる任意の平面に至るこの光束中の光線の光路長のうち、最長光路長と最短光路長の差を、０．８２５λから１．１７５λの範囲とする。
【００１６】
０次回折光の光束における最長光路長と最短光路長の差をほぼ１波長とする、すなわち、位相差をほぼ２πに等しくすることにより、０次回折光が存在しない条件となる。したがって回折光はほとんど１次回折光となり、高い１次回折効率を得ることができる。
【００１７】
また、回折格子に入射する平行光束の基板表面に対する入射角をα（°）とし、この平行光束が入射する回折格子の溝側面の基板表面に対する傾斜角をθ（°）とするとき、
α≦９０−θ
の関係が成り立つように回折光学装置を構成することが望ましい。
この条件が満たされていないと、幾何光学的な０次回折光の方向が回折格子内部へ向かうことになり、上記の光路長が定義できない。
【００１８】
さらに回折格子の溝側面をなす２つの平面の交わる角度がθ’（°）であるとき、
θ’≦９０＋α−θ
の関係が成り立つように回折光学装置を構成することが望ましい。
この条件が満たされることにより、入射光の光束が偏光制御膜のほとんどない側の溝側面に入射することが避けられ、光路長差が最適となるようにできる。
【００１９】
またさらに、０次回折光の光束が偏光制御膜から出射する際、その光束のすべてを偏光制御膜の溝側面に平行な表面でない側面から出射させることが望ましい。
この条件が満たされることにより、光路長差が最適になるように光学的条件を設定できる。
【００２０】
上記の回折格子の０、＋１以外の回折次数ｍに対して、
｜Ｎｍλ−sinα｜≧１
の条件が成り立つように回折光学装置を構成することが望ましい。
この条件が満たされることにより、０次、＋１次以外の次数の回折光は発生することができなくなるため、上記の各条件が満たされることにより、＋１次回折光のみが生じ、その回折効率を最大限に高めることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の回折格子では、溝の入射光側斜面にＴＥ偏光の０次光の位相を調節するような偏光制御膜を設けることにより、０次光を弱め、１次回折光を強める。これにより、ＴＥモード、ＴＭモードの両偏光に対する回折効率差を小さくすることができ、かつ非常に高い回折効率を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明が対象とする回折光学素子は、基板上に多数の平行な溝を等間隔で配列した回折格子であり、表面に使用する入射波長域の光を反射する反射膜を設けた反射型回折格子である。
【００２３】
本発明の回折格子の理想的な形態を図１（ａ）に示す。この回折格子１０は基板２０の表面２２に対して傾斜した２つの溝側面１４、１６をもっており、その表面全体に反射膜４０が設けられている。さらに入射光１００が照射される側の溝側面１４上にのみ、透明体被膜５０が設けられている。
【００２４】
上記回折格子の入射光１００が照射される側の溝側面１４の反射膜４０上に設けられた透明体被膜５０は、屈折率ｎを有し、入射光に対し平行な方向の膜厚ｔが、使用波長λに対して
ｔ＝λ／４ｎ・・・（１）
を満たすように設定されている。この膜は、金属反射面上に設けられた光学膜厚λ／４の光学膜として振る舞い、回折格子の基板面に対する反射光である０次回折光を打ち消す無反射膜の効果を持つ。これにより０次回折光は弱められ、相対的に１次回折光が強められることになる。
【００２５】
図２は回折格子の１つの溝側面１４に入射角αで入射し得る平行光束１０２とその光束が０次回折光として反射された平行光束１０４を示している。ここで、入射する平行光束１０２と垂直に交わる平面Ｉから反射された平行光束１０４と垂直に交わる平面Ｏまでの最長光路２０２（実線で表す）と最短光路２０４（破線で表す）の光路長差が入射光の波長λに等しい場合を考える。
【００２６】
光束内の光路長は、最長光路２０２と最短光路２０４の間では、連続的に変化している。これはつまり最短光路２０４から最長光路２０２に向かって位相差が０から２πまで連続的に変化していることになるので、０次回折光の光束１０４全体を積分すると０となり、０次回折光が存在しない条件となる。したがって入射光は１次回折光へ向かい、高い１次回折効率を得ることができる。
【００２７】
このような構成とすることで、ＴＥ偏光の０次回折光を打ち消す効果が得られ、１次回折光の強度が増大する。これにより光の利用効率が高く、かつ偏光依存性が小さい回折格子を得ることができる。
【００２８】
また、０次回折光が連続的な位相変化をもつためには、幾何光学的に０次回折光が存在する条件を考慮する必要がある。０次回折光の出射角β0は、−αに等しいので、溝側面の傾斜角によっては図３に示すように０次回折光の光束１０４の方向が溝側面１４の表面より下側になってしまう場合があり、この場合は０次回折光が存在できないことになる。したがって０次回折光が存在するような入射角および溝形状である必要がある。
【００２９】
回折格子に入射する平行光束１０２の基板の表面に平行な面２４に対する入射角をα（°）とし、この平行光束１０２が入射する回折格子の溝側面１４の基板表面に平行な面２４に対する傾斜角をθ（°）とするとき、
α≦９０−θ
の関係が成り立つように光学系を設計すれば、０次回折光は溝側面１４より上方に出射される。
【００３０】
さらに、０次回折光が連続的な位相変化をもつためには、入射光の光束１０２が、溝の一側面だけを照射し、逆側の側面を照射しないような使用条件が必要である。すなわち、図４に示すように、入射光束１０２の端部の光線２０６が入射光が溝側面１６に入射する配置は望ましくない。
【００３１】
これを避けるためには、回折格子の溝側面をなす２つの平面の交わる角度をθ’（°）とすると、
θ’≦９０＋α−θ
の関係が成り立つように光学系を構成すればよい。
【００３２】
加えて、０次回折光の光束１０４が図２に示すように、すべて透明体被膜５０の側面５２から出射するような使用条件が必要である。図５に示すように０次回折光の光束１０４の一部が、透明体被膜５０の溝側面１４に平行な表面５１から出射するのは好ましくない。
【００３３】
もちろん、このような回折格子を０次および１次の回折光のみが存在するような条件下で使用することが望ましい。２次以上の高次の回折光が存在する条件では、入射光の一部が高次の回折光となるので、望ましくない。基板上に１ｍｍ当たりＮ本の平行な溝を等間隔で配列した回折格子においては、波長λの光を入射角αで入射したとき、回折次数ｍに対する回折光は、
sinα＋sinβm＝Ｎｍλ・・・（２）
の関係が成立するような角度βmの方向に得られる。
【００３４】
したがって０次回折光（ｍ＝０）の角度β0は、上述のように
β0＝−α
であり、１次回折光（ｍ＝＋１）の角度β1は、
β1＝−sin-1（Ｎλ−sinα）
である。なお、ここでｍの符号は、図１（ａ）に示したように、０次回折光に対して入射光側に生じる回折光の次数を正とする。
【００３５】
そして０と＋１以外のｍについては（２）式を満たすβmが存在しないことが望ましい。すなわち、ｍが０、＋１以外の整数に対して
｜sinβm｜＝｜Ｎｍλ−sinα｜≧１
の条件が成り立つことが望ましい。
【００３６】
つぎに、上記の構成を有する回折格子の特性を有限要素法による電磁波解析により計算し求めた結果について説明する。
入射光、０次回折光を上記に示したように光線で表わし光路長を求めるためには、次に示すいくつかの近似、および回折格子の溝形状や使用条件に関する限定を行った。
【００３７】
まず、本発明の回折格子は、入射光が入射される溝側面に屈折率ｎの透明体被膜が偏光制御膜として設けられているが、この透明体被膜に入射光が斜めに入射することで生じる光路の屈折や実効的な屈折率の変化については、この場合影響が小さいと見なしてこれを無視する。すなわち、図２で示すように、透明体被膜５０に入射した光の光路は屈折率ｎの媒質中を屈折せずに進むものとする。
【００３８】
溝本数Ｎが、９００本／ｍｍおよび１１００本／ｍｍの回折格子に対し、波長λの範囲が１２７０ｎｍ〜１９２５ｎｍの入射光を、入射角αを４４°〜６０°の範囲で入射したとき、上記条件が成立するような条件で計算を行った。
【００３９】
計算においては、透明体皮膜の膜厚ｔを一定とし、膜の屈折率ｎを調整して、それぞれの波長λに対して光学膜厚ｎｔがλ／４に等しくなるよう、すなわち（１）式が満たされるようにした。もちろん、屈折率を一定にし、膜厚を調整してもよい。比較のため、透明体皮膜がない場合についても計算を行っている。またいずれの場合も２次以上の回折は生じないように入射角の条件を設定した。
【００４０】
Ｎ＝９００本／ｍｍで、入射角αが４４°、５２°、６０°の場合の計算結果を表１〜３、および図６〜８に、Ｎ＝１１００本／ｍｍ、α＝４４°、５２°、６０°の場合の計算結果を表４〜６、図９〜１１に示す。
【００４１】
なお、Ｎ＝９００本／ｍｍで入射角αを４４°とした図６、表１に対応する光学系は、入射波長１５５０ｎｍの場合、１次回折光の回折角がほぼ入射角と等しい、いわゆるリトロー光学系である。光通信分野ではこの系がしばしば用いられる。
【００４２】
図６を参照すると、この系においては、本発明の効果が顕著に得られていることがわかる。透明体皮膜がない場合には、ＴＭ偏光に対する回折効率が約９５％であるのに対し、ＴＥ偏光に対する回折効率は２０％にも満たず、偏光依存損失は約７ｄＢと大きい。
【００４３】
これに対して透明体皮膜を設けた場合には、ＴＥ偏光、ＴＭ偏光とも回折効率は９０％前後となり、ＰＤＬは０．５ｄＢ以下となっている。またこの特性は波長に対する依存性が少なく、本発明の効果が顕著に表れていると言える。
【００４４】
もちろん、この系から離れた入射角、回折格子の溝本数においても、図７〜１１に示されるように、透明体被膜がない場合に比べて大幅に偏光依存特性が改善されている。入射角αを５２°とした場合はリトロー光学系からは外れるが、図７に示すように短波長側でやや回折効率が低下し、偏光依存性が増加するが、透明体皮膜がない場合に比べると良好な特性を示している。溝本数が１１００本／ｍｍの場合も同様に本発明の効果が顕著に見られる（図９および図１０参照）。
【００４５】
これらのシミュレーション結果により、透明体被膜すなわち偏光制御膜を設けることにより、十分に低い偏光依存特性を有する回折格子が提供できることが示された。
なお、上記の各条件は理想的な条件であって、実際にはこれらの条件からやや外れても十分な効果が得られる場合がある。
【００４６】
図１２は入射波長λ＝１５５０ｎｍにおいて（１）式の条件を満たす回折格子に対して、λを１２７０ｎｍから１８８０ｎｍまで変化させた場合の、ＴＥモードに対する回折格子効率を示している。λがおよそ１２００〜１７００ｎｍの範囲では回折効率は５０％以上が得られている。すなわち、入射波長が０．８λから１．１λ程度の範囲でずれても効果が維持される。
【００４７】
言い換えれば、（１）式の膜厚ｔはλ／４ｎから、つぎの範囲程度外れても、効果は維持される。
０．８λ／４ｎ≦ｔ≦１．１λ／４ｎ
また、ｔとλが正確で、屈折率ｎが（１）式の関係からずれる場合も同様に考えることができる。なお、ＴＭ偏光の場合は、透明体被膜の影響を受けにくいので、ＴＥ偏光の場合と同等またはそれ以上の効率が保たれる。
【００４８】
また、使用波長範囲で上記条件をちょうど満たすような屈折率の分散を有する材料を使用すれば、単一波長だけではなく幅広い波長範囲で効果が得られる。
【００４９】
透明体被膜は、入射光が照射される側の溝側面にのみ設けられるのが望ましく、逆側の側面にも付着すると、本発明の効果は若干減少する。例えば、上記の計算に用いた条件を実現するため、溝本数Ｎ＝９００本／ｍｍ、入射光が照射される側の溝側面と基板のなす角が３２．７度、２つの溝側面がなす角が９０度である回折格子の片側斜面にスパッタリング法でＴｉＯ2膜を入射角に平行な方向に膜厚ｔ＝１８３ｎｍだけ成膜した場合に、逆側の斜面へ付着する膜厚はおよそ１０ｎｍ（約０．０６ｔ）となる。
【００５０】
このように透明体被膜が付着した回折格子に、ＴＥ偏光を入射角α＝４４°で入射させた場合の回折効率は８３．８％と計算され、入射光が照射される側の溝側面にのみ被膜がある場合に比べて、回折効率の低下は２．１％、ＰＤＬの増加は０．１ｄＢ以内と見積もれる。またＴＭ偏光に対してはほとんど影響がない。したがって、逆側の側面に付着する透明体被膜の膜厚が、入射光が照射される側に比べて１／１０以下、すなわち０．１λ／４ｎ以下であれば、十分な効果が得られると言える。
【００５１】
また、最短光路と最長光路の光路差がλから±λ／８（±０．１７５λ）程度ずれていてもその影響は小さく、本発明の効果は維持される。すなわち、０．８２５λから１．１７５λの範囲であればよい。
【００５２】
さらに、上述のように、図３に示すような０次回折光の光束の方向が溝側面の表面より下側になってしまうのは好ましくない。しかし図８および図１１に示す入射角α＝６０°、θ＝３２．７°の場合は、α＞９０−θであり、０次回折光の光束の方向は、溝側面の表面より下側になる。この場合、０次回折光の方向が反射膜表面から深さ最大約０．０２λ程度反射膜の下側を通っている。
【００５３】
この場合の回折効率は、図８または図１１に示すように、短波長側で低下する傾向があり、偏光依存性もやや増大する。しかし長波長側では０次回折光が透明体被膜中を通る場合と遜色のない値が得られている。
【００５４】
しかし浅い角度、すなわち大きな入射角で入射光を入射させると、特性は急激に悪化する。比較のために溝本数Ｎ＝９００および１１００本／ｍｍの回折格子にα＝７２°で入射光を入射させた場合の回折効率を図１３、図１４並びに表７、表８に示す。この場合、０次回折光の方向は反射膜表面から深さ約０．０４λ程度になる。図よりこの場合には回折効率が著しく低下してしまうことがわかる。
【００５５】
したがって、０次回折光の方向については、０次回折光が反射膜表面から深さ０．０４λ以内を通るような場合は、透明体被膜中を通る場合と等価に扱うことができ、本発明の効果を得ることができると言える。
【００５６】
入射光が照射される側と逆側の側面への入射光照射については、入射方向に垂直な入射光束の幅の１／２０に相当する光線が、逆側の側面に照射されたとしても影響は小さく、本発明の効果を得ることができる。
【００５７】
また、上述の図５に示したように０次回折光の光束の一部が、透明体被膜の溝側面に平行な表面から出射するのは好ましくない。しかし、図６の特性が得られる系、すなわち溝本数Ｎ＝９００本／ｍｍ、入射光が照射される側の溝側面と基板のなす角３２．７度、２つの溝側面がなす角が９０度である回折格子の片側斜面にｎ＝２．２である透明体被膜を膜厚ｔ＝１８３ｎｍだけ成膜した場合、０次回折方向に向かう光束の幅の０．０２５に相当する部分の光線は透明体被膜の上面から出射していることになる。
【００５８】
しかしこの場合でも本発明の効果は保たれており、０次回折光の方向に垂直な０次回折光束の幅の１／２０に相当する光線が、透明体被膜の上面から出射していても影響は小さく、本発明の効果を得ることができると言える。
【実施例】
【００５９】
以下に本発明の回折格子の実施例について詳細に説明する。はじめに回折格子の作製方法を説明する。
【００６０】
作製した回折格子は、図１に示すような断面形状が鋸歯形の溝を９００本／ｍｍの密度で平行に配列した回折格子１０である。本実施例における溝の設計形状は入射光側の溝側面１４と基板表面２２のなす角を３２．７度とし、２つの溝側面１４、１６がなす角（溝の頂角：θ’）を９０度とした。
回折格子は任意の方法で作製すればよいが、本実施例では低コストで良好な微細構造が量産できる転写成形での作製方法を一例として採用した。
【００６１】
まずシリコンアルコキシド、及び酸水溶液を主成分とするゾル液を石英ガラス基板２０上に塗布し、得られたゲル膜が柔らかい状態のときに、真空中で成形型を押し当て、約６０℃で保持し、ゲル膜を硬化させた。溝形状を成形する材料としては、透明体被膜の成膜時の温度に耐えるものであれば、他の材料でよい。
【００６２】
その後、大気圧中で成形型をゲル膜から離型し、３５０℃で熱処理して所定の凹凸形状を成形した成形体３０からなる回折格子１０を得た。
作製した凹凸構造の成形体３０の表面には反射膜４０としてアルミニウム（Ａｌ）膜をスパッタリング法によって成膜した。反射膜４０の成膜はスパッタリング法のほか、真空蒸着法によっても行うことができる。
【００６３】
Ａｌは広い波長範囲で反射率が高く、成形材料および透明体被膜との付着性も良いため反射膜として望ましい。また、反射膜は使用波長域において高反射率を有する材料であれば金（Ａｕ）などの単層膜のほか、複数の材料による積層構造であっても構わない。反射膜の膜厚は、使用する入射角度で溝斜面に入射した場合に、使用波長域の光が透過しない膜厚であればよい。膜厚は５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度が下地の溝形状を損なうことなく、かつ、十分な反射率を得られるため望ましい。
【００６４】
このようにして作製された反射型回折格子の回折効率を測定した。測定は波長１５５０ｎｍ、入射光と１次回折光の挟み角を４°（入射角４６．２°、１次回折角４２．２°）として測定を行った。ＴＭモードの１次回折効率が９６．４％、ＴＥモードの回折効率が２４．２％、偏光依存損失は６．０ｄＢであった。
【００６５】
次に、反射膜が成膜された溝の入射光１００が照射される側の側面にＴＥモードの０次回折光を打ち消すための位相調整効果を有する透明体被膜５０を設ける。透明体被膜の材料としては酸化チタン（ＴｉＯ2）を用いた。入射角に平行な方向での膜厚を１８３ｎｍとし、膜厚がλ/４となり、かつ０次光の位相差が２πとなるような設計で成膜を行った。
【００６６】
透明体被膜の材料は、屈折率が本発明の使用条件を満たすだけでなく、吸収による損失を抑えるため、使用波長域でできるだけ透明であることが望ましい。
【００６７】
透明体被膜の成膜はスパッタリング法で行った。片側の斜面にのみ成膜するために、ターゲットと回折格子の入射光が照射される側の側面が正対するように配置し、凹凸構造を利用して一方の側の溝側面にのみ材料を選択的に付着させるように成膜を行った。
【００６８】
この回折格子の回折効率を測定した。測定は上記同様に波長１５５０ｎｍで、入射光と１次回折光の挟み角は４°とした。測定の結果、ＴＭモードの回折効率は５８．２％、ＴＥモードの回折効率は５３．９％、偏光依存損失は０．３ｄＢとなり、透明体被膜を設けることで回折格子の偏光依存特性を大幅に改善することができた。すなわち透明体被膜が偏光制御膜として機能することが確認された。
【００６９】
シミュレーションよりも効率が低いのは、つぎのような理由による。シミュレーションは図１（ａ）のような理想的な形状の回折格子に対して行われたものであるのに対し、実際に作製された回折格子の形状は図１（ｂ）に示すように、成形体３２は凹凸形状にやや鈍りがある。これは成形型自身の形状の鈍り、成形工程における形状鈍りによる。この他、透明体被膜５０の屈折率のずれなども起因して効率が理想状態に比べると低下したと考えられる。
【００７０】
このような場合にも図１（ｂ）に示すように溝側面の一部が平面であれば、上記の考え方を適用できる。また、上記実施例の溝形状は２つの側面からなるものであったが、これに限られない。溝の頂部が平面である断面が台形状の場合や、溝の底部が平面である場合等であってもよい。この場合も基板表面に対して傾斜した２つの面を上記の溝側面とみなすことにより、本発明を適用できる。
【００７１】
また、透明体皮膜の膜厚は一様であることが望ましいが、実際には分布している場合もある。このような場合には、溝側面の平面部分にわたる平均膜厚を上記の膜厚ｔとみなすことができる。
【００７２】
本発明の反射型回折格子を上記の使用条件で使用した回折光学装置には、回折格子に所定の入射角αで平行光を入射する光学手段として、例えば、光ファイバ、あるいは発光素子などから出射される発散光をコリメートレンズ系を用いて平行光に変換するような光学系を用いることができる。一方、１次回折光を受光する光学手段としては回折格子から出射する平行光を集光し、光ファイバや受光素子に入射する光学系を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態である回折格子の断面模式図である。
【図２】０次回折光の位相差が２πとなる条件の光線を示す図である。
【図３】０次回折光が回折格子反射面の下側にくる場合の光線を示す図である。
【図４】入射光が溝の入射する側の溝側面と逆側の側面を照射する場合の光線模式図である。
【図５】０次回折光が透明体被膜の上面から出射する場合の光線模式図である。
【図６】本発明の回折格子の回折効率の計算結果を示す図である（溝本数９００本／ｍｍ、入射角４４°）。
【図７】本発明の回折格子の回折効率の計算結果を示す図である（溝本数９００本／ｍｍ、入射角５２°）。
【図８】本発明の回折格子の回折効率の計算結果を示す図である（溝本数９００本／ｍｍ、入射角６０°）。
【図９】本発明の回折格子の回折効率の計算結果を示す図である（溝本数１１００本／ｍｍ、入射角４４°）。
【図１０】本発明の回折格子の回折効率の計算結果を示す図である（溝本数１１００本／ｍｍ、入射角５２°）。
【図１１】本発明の回折格子の回折効率の計算結果を示す図である（溝本数１１００本／ｍｍ、入射角６０°）。
【図１２】本発明の回折格子における回折効率の波長依存性の計算結果を示す図である。
【図１３】回折格子の回折効率の比較例を示す図である（溝本数９００本／ｍｍ、入射角７２°）。
【図１４】回折格子の回折効率の比較例を示す図である（溝本数１１００本／ｍｍ、入射角７２°）。
【符号の説明】
【００７４】
１０  回折格子
２０  ガラス基板
３０  成形体
４０  反射膜
５０  透明体被膜
【００７５】
【表１】
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【００７６】
【表２】
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【００７７】
【表３】
2005121938.tif 000005
【００７８】
【表４】
2005121938.tif 000006
【００７９】
【表５】
2005121938.tif 000007
【００８０】
【表６】
2005121938.tif 000008
【００８１】
【表７】
2005121938.tif 000009
【００８２】
【表８】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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